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ポリ（3-ヘキシルチオフェン）中の金属硫化物ナノ結晶のその場成長：[6,6]-光電流が強化された反転ハイブリッド太陽電池用のフェニルC61-ブチル酸メチルエステル膜

要約

バルクヘテロ接合有機太陽電池の性能は、金属、半導体、および誘電体材料のナノヘテロ構造を活性層に組み込むことによって改善できることが報告されています。この原稿では、CdSまたはSb 2 S 3 ナノ結晶は、ポリ（3-ヘキシルチオフェン）：[6,6]-フェニルC61-酪酸（P3HT：PC 61 ）内でその場で生成されました。 BM）P3HTとPCをランダムに混合するシステム 61 カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体の存在下でのBM。スズドープ酸化インジウム基板（ITO）/ CdS界面層/ P3HT：PC 61 の構成を持つハイブリッド太陽電池（HSC） BM：x wt。％CdS / MoO 3 / AgおよびITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 BM：x wt。％Sb 2 S 3 / MoO 3 / Agが製作されました。ハイブリッドアクティブレイヤー（P3HT：PC 61 BM：x wt。％CdSまたはP3HT：PC 61 BM：x wt。％Sb 2 S 3 ）は、フィルムを熱アニーリングすることによって完全に形成され、カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体がCdSまたはSb 2 に分解されました。 S 3 それぞれナノ結晶。 x wt。％CdS（またはSb 2 S 3 ）HSCの性能に関するナノ結晶が研究された。 UV-Vis吸収、正孔移動度、および表面形態学的特性から、3 wt。％CdS（またはSb 2 S 3 ）P3HT：PC 61 の活性層のナノ結晶 BMベースの太陽電池は、P3HT：PC 61 と比較して、吸光度、正孔移動度、および表面粗さを改善しました。 BMベースの太陽電池により、デバイスの電力変換効率（PCE）が向上します。

背景

有機半導体ベースの光起電力デバイスは、軽量、低コスト、ソリューションベースのロールツーロール大規模製造の容易さ、柔軟な材料との互換性など、さまざまな有利な特性によって補完されます[1、2]。さらに、無機半導体は、優れた電荷移動度、化学的安定性、および強化された光吸収（光バンドギャップを近赤外領域に調整する可能性）があるため、高効率の太陽電池に最適です[3、4]。したがって、有機半導体と無機半導体の両方で構成されるハイブリッド太陽電池（HSC）は、主に両方のクラスの材料の魅力的な品質を統合することが約束されているため、かなりの注目を集めています[5、6、7]。典型的なHSCは、2つの電荷収集電極の間に有機材料と無機ナノ粒子活性層のブレンドが挟まれたバルクヘテロ接合の概念に基づいています[5、6、7]。現在まで、低バンドギャップ共役ポリマー[7]などの幅広い有機材料と、金属ナノ材料（Ag、Au）[8、9]、シリコン[10、11]、金属酸化物などの多くの無機材料があります。ナノ粒子（ZnO、TiO 2 ）[12,13,14]、二酸化ケイ素ナノ粒子（SiO 2 ）[15]、カドミウム化合物（CdS、CdSe、CdTe）[16、17、18]、低バンドギャップナノ粒子（PbS、PbSe、Sb 2 S 3 、Cu 2 S、SnS 2 、CuInS 2 、FeS 2 ）[19,20,21,22,23,24,25]などがHSCの活性層として適用されています。

HSCの性能は、ナノメートルの長さスケールで材料と界面構造を制御する能力に大きく依存します[26]。有機および無機複合活性層を調製するための従来の方法は、共溶媒を使用することにより、所与の有機ポリマーを調製されたままのリガンドでキャップされた無機ナノ結晶と直接混合することである[16、17、18、19、20、21、22、23、 24,25]。有機/無機複合材料に表面配位子を組み込むと、共役ポリマー内のナノ結晶の分布を改善できますが、長鎖配位子は、ポリマーマトリックスとナノ結晶の間に絶縁界面を形成します。結果として、絶縁界面はポリマーとナノ結晶の間の電荷移動を阻害し、共溶媒はポリマー鎖の配向と無機ナノ結晶の溶解性に悪影響を及ぼし、それによってデバイスの電力変換効率（PCE）に影響を与えます[ 5、27]。これらの欠点は、リガンド交換[27、28]、チオール、ポリおよびオリゴチオフェンの使用、アミン官能化コポリマー界面活性剤[29、30、31]、熱開裂可能なリガンドの使用など、いくつかの代替戦略によって大幅に回避できます[29、30、31]。 32]および導電性高分子溶液中でのナノ結晶の合成[33]。別の代替戦略は、界面活性剤や配位子を使用せずに、有機材料内に無機半導体をその場で生成することです[26、34、35]。このプロセスでは、無機ナノ粒子の溶解性の高い有機金属前駆体を含むポリマー溶液が堆積されます。有機金属前駆体は有機媒体に容易に溶解するため、溶液からのポリマーと一緒に薄膜にキャストすることができます。フィルムが熱分解すると、有機金属前駆体はポリマー層とともに無機材料に変換され、密接な混合とそれに伴う効率的な光誘起電荷輸送を保証します。このようにして、ハイブリッド活性層は、表面リガンドおよび共溶媒がない条件下で形成することができる。 Haqueのグループは、ポリマーフィルム内の単一ソース金属キサントゲン酸塩前駆体の制御されたその場熱分解に基づく一般的な方法を報告しました[26、36、37、38、39、40]。スズドープ酸化インジウム基板（ITO）/ TiO 2 の構成を持つこのようなハイブリッド層に基づく光起電デバイス / CdSインターフェース層/ P3HT：ポリスチレンスルホン酸（PEDOT：PSS）/ AgおよびITO / TiO 2 をドープしたCdS /ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン） / CdSインターフェースレイヤー/ P3HT：Sb 2 S 3 / PEDOT：PSS / Agは、それぞれ2.17％と1.29％のPCEを示すことが示されました[36、38]。

この記事では、P3HT：PC 61 間の相乗効果の使用に関する考慮事項について説明します。 BMベースの太陽電池と金属硫化物ナノ結晶（CdSおよびSb 2 S 3 ）優れた電荷移動度を提供し、光吸収を高めるためのドープ材料として、ITO / CdS界面層/ P3HTの構成を持つHSCを報告します：PC 61 BM：x wt。％CdS / MoO 3 / AgおよびITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 BM：x wt。％Sb 2 S 3 / MoO 3 / Ag。ここでは、ITOとAgをカソードとトップアノードとして作成し、CdSインターフェイス層とMoO 3 電子輸送層と正孔輸送層にそれぞれ使用されました。 CdSまたはSb 2 S 3 ナノ結晶は、P3HT：PC 61 内でその場で生成されました。 P3HTとPCをランダムに混合するBMシステム 61 カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体の存在下または非存在下でのBM。ハイブリッドアクティブレイヤー（P3HT：PC 61 BM：x wt。％CdSまたはP3HT：PC 61 BM：x wt。％Sb 2 S 3 ）は、フィルムを熱アニーリングすることによって完全に形成され、カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体がCdSまたはSb 2 に分解されました。 S 3 それぞれナノ結晶。 x wt。％CdS（またはSb 2 S 3 ）P3HT：PC 61 の性能に関するナノクリスタル BMベースのHSCが研究された。また、3 wt。％のCdSナノ結晶と3 wt。％のSb 2 を含むHSCで、2.91％と2.92％の最高のPCEが得られました。 S 3 それぞれナノ結晶。デバイスの性能が向上する理由として考えられるものを理解するために、活性層のUV-Vis吸収、正孔移動度、および表面形態の特性評価が実施されました。

メソッド/実験

HSCの製造と特性評価

ITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 のデバイス構成を持つ有機/無機HSC BM：x wt。％CdSまたはSb 2 S 3 / MoO 3 / Agは次のように製造されました。まず、キサントゲン酸カドミウム前駆体（Di（ethylxanthato- κ 2 S 、 S ′）ビス（ピリジン-κ N ）カドミウム（II）、Cd（S 2 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 、Et =ethy）およびキサントゲン酸アンチモン前駆体（Tri（ethylxanthato- κ 2 S 、 S ′）アンチモン（III）、Sb（S 2 COEt） 3 ）は、以前に公開された手順[26、38、39]に従ってそれぞれ準備されました。次に、シート抵抗が10〜15Ω平方 -1 のパターン化されたITOコーティングガラス 脱イオン水、アセトン、イソプロパノールで順番に洗浄しました。その後、Cd（S 2 の100mg / mLクロロベンゼン溶液から、以前に公開された研究[41]に従って、CdS界面層（10 nm）が電子輸送層として堆積されました。 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 6000 rpmで40秒間スピンコーティングした後、窒素グローブボックス内で160°Cで15分間アニーリングします。活性層は、CdSインターフェース層の上に堆積されました。手付かずのP3HT：PC 61 17 mg mL -1 の濃度のクロロベンゼン中の1：1の重量比溶液でのBM P3HTの準備されました。ハイブリッド溶液を形成するには、キサントゲン酸カドミウム前駆体（Cd（S 2 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 ）またはアンチモンキサントゲン酸前駆体（Sb（S 2 COEt） 3 ）を元の溶液に加えました（x wt。％CdSまたはSb 2 S 3 P3HTの重量に関して）。活性層は、これらのブレンド溶液から600 rpmで40秒間スピンキャストした後、グローブボックス内で160°Cのホットプレート上で30分間アニーリングしました。対照実験では、P3HT：PC 61 BMのみの層（17 mg mL -1 の濃度のクロロベンゼン中の1：1の重量比溶液 Cd（S 2 なしのP3HT） COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 またはSb（S 2 COEt） 3 また、同じ実験条件でスピンコーティングおよびアニーリングしました。次に、サンプルを高真空チャンバー（3×10 -5 の真空下）に移しました。 Pa）HSCを完成させるために、8nmの厚さのMoO 3 正孔収集層と厚さ100nmのAgアノードをシャドウマスクを通して熱蒸着しました。蒸発した陰極の厚さは、水晶の厚さ／比率のモニター（SI-TM206、瀋陽科学株式会社）によってモニターされた。さらに、各デバイスのアクティブ領域は0.10 cm 2 でした。 。すべての製造プロセスは、1 ppm未満の酸素と水分を含む窒素ドライボックス（Etelux Co.）内の制御された雰囲気内で実行されました。

薄膜およびデバイスの特性評価

X線回折（XRD）データは、グラファイト単色化CuKα放射線（λ=1.541874Å）を備えたPAN分析X’Pert ProX線回折計で測定されました。加速電圧は、10〜70°の2θ範囲で40mAの磁束で40kVに設定されました。金属キサントゲン酸前駆体複合体の熱重量分析（TGA）測定は、加熱下の熱分析システム（pyris diamond 6300、PerkinElmer）で実行されました。 10°Cmin -1 の速度 窒素流量は20mL min -1 。サンプルのUV-Vis吸収測定は、U-3900H分光光度計（Shanghai Tianmei）を使用して室温で記録されました。得られたHSCのPCEは、ソーラーシミュレーター（XES-70S1、San-EI Electric Co。）（100 mW cm -2 > ）。電流密度-電圧（J-V）特性は、窒素ドライボックス（Etelux Co.）のKeithley2410ソースメジャーユニットで記録されました。デバイスのスペクトル応答は、市販のEQE /入射光子から電流への変換効率（IPCE）セットアップ（7-SCSpecIII、北京7つ星光学機器株式会社）を使用して測定されました。校正されたシリコン検出器を使用して、絶対光感度を決定しました。タッピングモード原子間力顕微鏡（AFM）画像は、MFP-3D-SAシステム（Asylum Research）を使用して取得しました。

結果と考察

Cd（S 2 の熱安定性 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 およびSb（S 2 COEt） 3 図1に示すように、最初にTGAによって調査されました。Cd（S 2 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 約50°Cで分解を開始し、150°Cで完了します。最終的な残留質量（約25.0％）はCdS（28.1％）に近く、これは前の研究でも証明されています[41]。 Sb（S 2 COEt） 3 約120°Cで分解を開始し、160°Cで完了します。残りの重量（35.8％）はSb 2 に相当します。 S 3 （35.0％）、これは以前の研究[42]と一致しています。

Cd（S 2 のTGAプロット COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 およびSb（S 2 COEt） 3

Cd（S 2 のクロロベンゼン溶液から薄膜をスピンコーティングした COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 またはSb（S 2 COEt） 3 まず、160°Cで30分間アニーリングしました。その結果、それぞれ黄色またはオレンジ色の薄膜が得られた。薄膜の構造特性を特徴づけるために、アニールされた膜のXRD研究が行われた。製品のXRDパターンを図2に示します。六方晶CdS（PDF 41–1049）および立方晶CdS（PDF 01–080–0019）の参照パターンによると、図2aの回折ピークが明らかです。前の記事[37]で説明したように、ピークの上に示された六方晶と立方晶の結晶構造のブレンドにインデックスを付けることができます（hとcはそれぞれ六方晶と立方晶の相を示します）。図2bの回折ピークは、Sb 2 の斜方晶相に完全にインデックス付けできます。 S 3 （セル定数 a =11.23Å、 b =11.31Å、 c =3.841Å; JCPDSカードファイル42–1393）[43、44]は、図1のTGの結果とよく一致しています。

a の熱分解によって得られた薄膜のXRDパターン （Cd（S 2 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 ）および b Sb（S 2 COEt） 3 、それぞれ

CdSとSb 2 の表面形態 S 3 薄膜も利用されています。追加ファイル1：図S1は、Cd（S 2 ）のクロロベンゼン溶液の熱分解（160°C、15分）前（追加ファイル1：図S1a）と後のITOの形態変化を示しています。 COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 （追加ファイル1：図S1b）およびSb（S 2 COEt） 3 （追加ファイル1：図S1c）。以前の研究[41]で説明したように、裸のITOの表面には、粒径が約10nmの微細な結晶が密集して集まっていることがわかります。カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体のクロロベンゼン溶液を熱分解した後、CdSナノ結晶（約60〜100 nm）フィルムまたはSb 2 S 3 ナノクリスタル（100〜200 nmサイズのクラスター）フィルムがITO基板上に形成されます。

CdS（またはSb 2 ）の効果を研究するため S 3 ）P3HT：PC 61 の性能に関するナノクリスタル BMベースのHSC、デバイスは、ITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 の構造を使用して製造されています。 BM：x wt。％CdS（またはSb 2 S 3 ）/ MoO 3 / Ag図3aに示すように。 CdSまたはSb 2 S 3 ナノ結晶は、P3HT：PC 61 内でその場で生成されました。 P3HTとPCをランダムに混合するBMシステム 61 カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体の存在下または非存在下でのBM。ハイブリッドアクティブレイヤー（P3HT：PC 61 BM：x wt。％CdSまたはP3HT：PC 61 BM：x wt。％Sb 2 S 3 ）は、フィルムを熱アニーリングすることによって完全に形成され、カドミウムまたはアンチモンキサントゲン酸前駆体がCdSまたはSb 2 に分解されました。 S 3 それぞれナノ結晶（P3HT：PC 61 のSEM画像 BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 ITO基板上のフィルムは、追加ファイル1：図S2に示されています。カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体を完全に分解させるために、160°Cのアニーリング温度と30分のアニーリング時間を実験で選択しました（Cd（S 2 のTGAプロットを参照） COEt） 2 （C 5 H 4 N） 2 およびSb（S 2 COEt） 3 図1）。

a HSCの概略図。 b P3HT：PC 61 に基づくHSCのJ–V曲線 BM：CdSナノ結晶の重量％が異なるCdS。 c P3HT：PC 61 に基づくHSCのJ–V曲線 BM：Sb 2 S 3 Sb 2 の重量％が異なる S 3 ナノクリスタル。 d HSCの活性層に使用されている材料のエネルギーバンド図

重量％CdS（またはSb 2 ）が異なるHSCのJ–V特性 S 3 ）有機層に組み込まれたナノ結晶を図3b（または図3c）に示し、短絡電流（ J を含む光起電力パラメータ）を示します。 sc ）、開回路電圧（ V oc ）、曲線因子（FF）、直列抵抗（ R S ）、およびPCEを表1に示します。記載されているすべてのデータは、20台を超えるデバイスから計算された平均値です。 CdS（またはSb 2 ）のないデバイス S 3 ）ナノ結晶（ITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 BM：/ MoO 3 / Ag）は J を示しました sc 7.77 mAcm −2 、 V oc 0.58 V、FF 0.52、PCE 2.34％です。 CdSまたはSb 2 を追加 S 3 ナノ結晶、 V oc 、ポリマー太陽電池の最高被占軌道（HOMO）レベルとアクセプターの最低空軌道（LUMO）レベルのエネルギー差によって制限されます[45、46]、すべてのHSC。これは、PC 61 BMはアクセプターとして機能し、CdSまたはSb 2 S 3 前の研究[47]で述べたように、電子カスケードとして機能している可能性があります（HSCの活性層で使用されている材料のエネルギーバンド図を図3dに示します）。 CdSが追加されたHSCの場合、 J sc 最初に7.77から8.72mA cm -2 に増加します CdSが0から3wt。％に増加すると、8.23 mA cm -2 に減少します。 CdSの質量がさらに3から7wt。％に増加したとき。同時に、 R S 22.15Ωcm 2 から明らかに減少します （0 wt。％CdS）〜16.70Ωcm 2 （3 wt。％CdS）、FFが0.52から0.56に著しく増加するのに貢献しています。その結果、3 wt。％のCdSナノ結晶を含むHSCは、最高のデバイスパフォーマンスを実現し、2.91％のPCEを提供します。ここで言及する価値があるのは、この値は、チャンドのグループがHSC（ITO / PEDOT：PSS / P3HT：PC 61 ）で取得した最高のPCEである0.95％よりもはるかに高いことです。 BM：CdS / Al）は、活性層の成分の1つとして溶液化学によって製造されたCdSナノ結晶を使用します[48]。 J の変更ルール sc Sb 2 を追加したHSCのFF S 3 J のより明らかな増加を除いて、CdSを追加したHSCの場合と同様でした。 sc （7.77〜9.15 mA cm −2 ）Sb 2 の増加に伴い S 3 0〜3 wt。％。偶然にも、3 wt。％Sb 2 のデバイス S 3 ナノクリスタルはまた、 J で2.92％の最高のPCEを提供します sc 9.15 mAcm −2 、 V oc 0.58 V、FF0.54。

<図>

HSCのPCEを決定するためのもう1つの有用なパラメータは、IPCEです。これは、すべての入射光子が電子正孔対を生成すると100％に達します。ただし、実際の状況では、入射光子の反射、半導体による光子の不完全な吸収、および半導体内での電荷キャリアの再結合によって引き起こされる損失のため、IPCEは通常100％未満です[8]。 P3HT：PC 61 に基づく光起電力デバイスのIPCEスペクトル BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 比較のために図4aに表示されています。すべてのIPCEスペクトルの形状は似ていますが、P3HT：PC 61 を含むHSCのIPCE値 BM：3 wt。％CdS（またはP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 ）はP3HT：PC 61 よりも高い すべての波長（300〜650 nm）のBM。たとえば、P3HT：PC 61 の光起電力デバイス BMのIPCEの最大値は540nmで55％近くであり、P3HT：PC 61 を使用したHSCのIPCEは BM：3 wt。％CdSおよびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 同じ波長でそれぞれ60％と65％です。

a P3HT：PC 61 に基づくHSCのIPCE曲線 BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 。 b P3HT：PC 61 のフィルムのUV-Vis吸光度スペクトル BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3

CdSまたはSb 2 を追加することでデバイスのパフォーマンスが向上する理由を理解するため S 3 ナノ結晶、UV-Vis吸収研究は、最初にP3HT：PC 61 のフィルムで実施されました。 BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 同じ厚さで。図4bのUV-Visible吸収スペクトルは、CdSまたはSb 2 のフィルム添加の吸収を示しています。 S 3 P3HT：PC 61 のナノ結晶 BMはP3HT：PC 61 とほぼ同じでした BM、P3HT：PC 61 の吸収中 BM：3 wt。％CdSはP3HT：PC 61 よりわずかに高かった BM。さらに、P3HT：PC 61 の吸収 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 P3HT：PC 61 よりも明らかに高かった BM。つまり、3 wt。％のCdSまたはSb 2 の埋め込みです。 S 3 P3HT：PC 61 で BMマトリックスは、P3HT：PC 61 と比較して光吸収を適切に改善しました BM、したがって J を改善する SC デバイスの。

その後、P3HT：PC 61 に基づくデバイスの正孔移動度 BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 空間電荷制限電流（SCLC）モデルを適用することによって決定されました[49]。図5は、J 1/2 を示しています。 穴のみのデバイスの–V曲線（ITO / PEDOT：PSS / P3HT：PC 61 BM（またはP3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdSまたはP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 ）/ MoO 3 / Ag）。 SCLCモデルから計算された見かけの正孔移動度は4.09×10 -5 であることがわかりました。 cm 2 V -1 s -1 、1.53×10 -4 cm 2 V -1 s -1 、および1.69×10 -4 cm 2 V -1 s -1 P3HT：PC 61 を搭載したデバイスの場合 BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、およびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 それぞれアクティブレイヤーとして。明らかに、3 wt。％CdSまたはSb 2 の場合、穴の移動度は増加します。 S 3 P3HT：PC 61 に埋め込まれています BMマトリックス。調査によると、P3HT：PC 61 BM、電子移動度は正孔移動度よりも高く、このようなキャリアの不均衡は光起電力性能に悪影響を及ぼします[9、50]。 P3HT：PC 61 に基づくデバイスの正孔移動度の増加 BM：3 wt。％CdSまたはP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 活性層でよりバランスの取れた電荷輸送を可能にし、 J を改善します SC およびFF、前の作業[9]で述べたように、デバイスのPCEをさらに改善します。

J 1/2 –P3HT：PC 61 を備えたデバイスの穴専用デバイスのV曲線 BM、P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdSおよびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 それぞれアクティブレイヤーとして

活性層の微細形態をタッピングモードのAFMでさらに調査し、CdSまたはSb 2 の添加の効果を明らかにしました。 S 3 。手付かずのP3HT：PC 61 の高さ画像 BMフィルムと3wt。％CdSおよび3 wt。％Sb 2 の2つの3成分フィルム S 3 図6に示します。P3HT：PC 61 の表面形態 BM：3 wt。％CdSおよびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 層は表面粗さの明らかな増加を示し、二乗平均平方根粗さはそれぞれ2.82nmから8.89nmおよび7.13nmに増加します。 P3HT：PC 61 で観察されたより大きな粗さ BM：3 wt。％CdSおよびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 フィルムは、CdSとSb 2 の存在の結果である可能性があります S 3 P3HT：PC 61 のナノ結晶 BMアクティブレイヤー。 CdSまたはSb 2 S 3 ナノ結晶は、P3HT分子とPC 61 の相互浸透を促進するための媒体として機能すると考えられています。 複合フィルム中のBMは、優れた励起子解離をもたらします。この優れた励起子解離の結果として、 J SC P3HT：PC 61 に基づくHSCの BM：3 wt。％CdSおよびP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 増加した[51]。一方、CdSまたはSb 2 の組み込み S 3 P3HT：PC 61 のナノ結晶 BMはフィルムの表面粗さを増加させ、したがって活性層間の界面接触面積を増加させます（P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdSまたはP3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 ）および正孔輸送層（MoO 3 ）。このようにして、アノードでのより効率的な正孔収集が現れ、その結果、 J が改善される可能性があります。 SC およびデバイスのFF [52]。

a のAFM高さ画像 P3HT：PC 61 BM、 b P3HT：PC 61 BM：3 wt。％CdS、および c P3HT：PC 61 BM：3 wt。％Sb 2 S 3 ITO基板上のフィルム

結論

結論として、優れた電荷移動度を提供し、光吸収を高めるためのドープされた材料として、CdSまたはSb 2 S 3 ナノ結晶は、P3HT：PC 61 内でその場で生成されました。 P3HTとPCをランダムに混合するBMシステム 61 カドミウムまたはキサントゲン酸アンチモン前駆体の存在下でのBM。カドミウムまたはアンチモンキサントゲン酸前駆体の熱安定性とCdSまたはSb 2 の構造 S 3 フィルムが特徴づけられました。 ITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 の構成を持つHSC BM：x wt。％CdS / MoO 3 / AgおよびITO / CdSインターフェース層/ P3HT：PC 61 BM：x wt。％Sb 2 S 3 / MoO 3 / Agが製作されました。 x wt。％CdS（またはSb 2 S 3 ）P3HT：PC 61 の性能に関するナノクリスタル BMベースのHSCが研究された。 CdS（またはSb 2 S 3 ）P3HT：PC 61 の活性層のナノ結晶 BMベースの太陽電池はPCEの改善に役立ちます。また、3 wt。％のCdSナノ結晶と3 wt。％のSb 2 を含むHSCで、2.91％と2.92％の最高のPCEが得られました。 S 3 それぞれナノ結晶。 UV-Vis吸収、正孔移動度、および表面形態学的特性から、3 wt。％CdSまたはSb 2 S 3 P3HT：PC 61 に埋め込まれています BMマトリックスは、P3HT：PC 61 と比較して、吸光度、正孔移動度、および表面粗さを改善しました。 BM、したがって、デバイスのPCEが改善されます。有機材料内に無機半導体ナノ結晶をその場で生成する方法は、高効率のHSCを設計するために適用できます。


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    10. 逆平面ペロブスカイト太陽電池における効率的な正孔輸送材料としてのハイブリッドUV-オゾン処理rGO-PEDOT：PSS
    11. Er3 + -Yb3 + -Li +トリドープTiO2のアップコンバージョン材料によるペロブスカイト太陽電池の電力変換効率の向上